ВИАМ, Москва, Россия:

С. Ю. Шорстов, техник 1-й категории лаборатории теплофизических свойств, эл. почта: Sshorstov7@gmail.com
М. Г. Размахов, инженер лаборатории теплофизических свойств
П. С. Мараховский, начальник лаборатории теплофизических свойств, канд. техн. наук

НИТУ МИСиС, Москва, Россия:

М. Н. Сорокин, ведущий инженер лаборатории сверхтвердых материалов, эл. почта: sorokin@misis.ru

Алмазный инструмент применяют при обработке самого широкого спектра материалов. За счет прочностных свойств алмаза подобным инструментом удается проводить обработку высокотвердых сплавов. При этом алмазный инструмент также находит широкое применение и при обработке мягких цветных сплавов и полимерных материалов. Исследованы алмазные поликристаллические композиционные материалы (АПКМ), которые используют в качестве рабочих элементов для алмазных инструментов различного назначения. На данный момент известны несколько видов алмазных композитов, получаемых различными методами. Получение подобных материалов возможно как при спекании алмазных порошков с активирующими добавками, так и при синтезе графита в алмаз с использованием катализирующих сплавов. Процесс получения таких материалов всегда требует достаточно высоких давлений и температур. В зависимости от способа изготовления АПКМ достаточно широко варьируются их состав, свойства и область применения. В работе изучен метод инфильтрации связующего расплава в алмазную прессовку при высоких давлениях и температурах. Получение АПКМ таким способом является оптимальным, несмотря на более низкие прочностные характеристики получаемых образцов по отношению к другим методам изготовления. Однако при этом условия получения (давление до 4 ГПа) не вызывают больших технических сложностей при реализации спекания, в отличие от других методов, и позволяют получать АПКМ больших размеров. В работе проведены исследования основных физико-механических характеристик АПКМ, полученных методом инфильтрации с использованием двух связующих материалов (сплавы Ni – Si и Mn – Si) и двух алмазных порошков (синтетического марки АСМ и натурального марки АМ). Проведена сравнительная оценка их свойств.

Работа выполнена в рамках реализации комплексного научного направления 2.2. «Квали фикация и исследования материалов» («Стратегические направления развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года»).

1. Каблов Е. Н. Композиты: сегодня и завтра // Металлы Евразии. 2015. № 1. С. 36–39.
2. Каблов Е. Н. Становление отечественного космического материаловедения // Вестник РФФИ. 2017. № 3. С. 97–105.
3. Приписнов Я. А., Гришина О. И. Современные методы механической обработки композиционных материалов (обзор) // Труды ВИАМ: электрон. науч.-техн. журн. 2018. № 10. С. 53–61. DOI: 10.18577/2307-6046-2018-0-10-53-61.
4. Сорокин О. Ю., Гращенков Д. В., Солнцев С. С., Евдокимов С. А. Керамические композиционные материалы с высокой окислительной стойкостью для перспективных летательных аппаратов (обзор) // Труды ВИАМ: электрон. науч.-техн. журн. 2014. № 6. DOI: 10.18577/2307-6046-2014-0-6-8-8.
5. Бугаков В. И., Елютин А. В., Караваев К. М., Лаптев А. И. и др. Новый тип связок на основе никеля, легированного диборидами титана и хрома, для алмазного камнеразрушающего инструмента // Изв. вузов. Цветная металлургия. 1998. № 5. С. 61–68.
6. Nozhkina A. V., Laptev A. I., Ermolaev A. A. Effect of production parameters on the strength of carbonado polycrystalline diamonds // Sverkhtverdye Materialy. 2002. № 5. P. 36–39.
7. Elyutin A. V., Ermolaev A. A., Laptev A. I., Manukhin A. V. The effect of boron on the thermal stability of polycrystalline carbonado diamonds // Doklady Physics. 2002. Vol. 47, No. 9. P. 651–653.
8. Elyutin A. V., Laptev A. I., Manukhin A. V., Sannikov D. S. et al. Synthesis of polycrystalline carbonado diamonds from pyrographite // Doklady Chemistry. 2001. Vol. 378, Iss. 4–6. P. 160–164.
9. Лаптев А. А. Исследование структуры и свойств системы Ni – Si–алмаз и получение композиционных материалов на ее основе : дис. … канд. техн. наук. — М., 2011. — 148 с.
10. Ekimov E. A., Gavriliuk A. G., Palsz B., Gierlotka S. et al. Highpressure, high-temperature synthesis of SiC — diamond nanocrystalline ceramics // Applied Physics Letters. 2000. Vol. 77, No. 7. P. 954–956.
11. Chen L., Yang X., Su Z., Fang C. et al. Fabrication and performance of micro-diamond modified C/SiC composites via precursor impregnation and pyrolysis process // Ceramics International. 2018. No. 44. P. 9601–9608.
12. Прокофьев В. А., Сорокин О. Ю., Ваганова М. Л., Лебедева Ю. А. Высокотемпературный материал с градиентной структурой, полученный методом жидкофазной инфильт рации расплава // Труды ВИАМ: электрон. науч.-техн. журн. 2018. № 11. С. 45–53. DOI: 10.18577/2307-6046-2018-0-11-45-53.
13. Westraadt J. E., Dubrovinskaia N., Neethling J. H., Sigalas I. Thermally stable polycrystalline diamond sintered with calcium carbonate // Diamond and Related materials. 2007. No. 16. P. 1929–1935.
14. Shul’zhenko A. A., Jaworska A., Sokolov A. N., Gargin V. G. et al. Novel Wear-Resistant Superhard Diamond Composite Polycrystalline Material // Journal of Superhard Materials. 2018. Vol. 40, No. 1. P. 1–7.
15. Hu Qiang, Jia Xiao-Peng, Li Shang-Sheng, Su Tai-Chao et al. Research on mechanism of carbon transformation in the preparation of polycrystalline diamond by melt infiltration and growth method under high pressures // Acta Physica Sinica. 2016. Vol. 65, No. 6. DOI: 10.7498/aps.65.068101.
16. Chen S., Kou Z., Li Y., Wang Z. et al. Progress to electrical properties of diamond-SiC composites under high pressure and high temperature // Diamond and Related Materials. 2019. No. 94. P. 203–208.
17. Житнюк С. В. Влияние спекающих добавок на свойства керамики на основе карбида кремния (обзор) // Труды ВИАМ: электрон. науч.-техн. журн. 2019. № 3. С. 79–86. DOI: 10.18577/2307-6046-2019-0-3-79-86.
18. Jarrige I., Delaunay R., Jonnard P. Control of the interfacial reactivity in the Ni/Si system // Solid state communications. 2005. No. 185. P. 31–49.
19. Tokunaga T., Nishio K., Ohtani H., Hasebe M. Thermodynamic assessment of the Ni – Si system by incorporating ab initio energetic calculations into the CALPHAD approach // Computer Coupling of Diagrams and Thermochemistry. 2003. No. 27. P. 161–168.
20. Лоладзе Н. Т., Церодзе М. П. О влиянии поверхностных свойств металлического расплава на процесс алмазообразования в системе Ме – С // Сверхтвердые материалы. 2010. № 2. С. 60–67.
21. Min-Kyu Paek, Jong-Jin Pak, Youn-Bae Kang. Phase equilibria and thermodynamics of Mn – C, Mn – Si, Si – C, binary systems and Mn – Si – C ternary system by critical evaluation, combined with experiment and thermodynamic modeling // Computer Coupling of Phase Diagrams and Thermochemistry. 2014. No. 46. P. 92–102.
22. Skury A. L. D., Bobrovnitchii G. S., Monteiro S. N. Effect of the graphite perfection on the HP-HT diamond synthesis in a Ni – Mn – C system // Diamond Relat. Mater. 2004. No. 13. P. 1725– 1730.
23. Каблов Е. Н. Инновационные разработки ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ по реализации «Стратегических направлений развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года» // Авиационные материалы и технологии. 2015. № 1. С. 3–33. DOI: 10.18577/2071-9140-2015-0-1-3-33.
24. Шульженко А. А., Ножкина А. В., Гаргини В. Г. и др. Сравнительные физико-механические характеристики микропорошков синтетического и природного алмаза и поликристаллических композиционных материалов на их осно ве // Сверхтвердые материалы. 2008. № 5. С. 7–15.
25. ГОСТ 9206–80. Порошки алмазные. Технические условия. — Введ. 01.07.1981. — переизд. август 1989. — М. : Издательство стандартов, 1989. — 45 с.